等壁厚螺杆泵采油技术

常规螺杆泵定子由于橡胶厚度不均匀而导致其存在受力、散热和溶胀不均匀等问题,等壁厚定子螺杆泵是在常规螺杆泵的基础上发展的新机型,它通过改变泵体结构,能够保证定子橡胶厚度均匀,从而改善了螺杆泵工作性能,解决了常规螺杆泵定子技术的不足。论述了等壁厚定子螺杆泵的性能优势,对等壁厚定子螺杆泵应用前景进行了探讨。     

常规螺杆泵定子有限元求解策略

螺杆泵定子橡胶不仅是易损构件,而且它与转子的配合状况对螺杆泵的工作性能影响显著,为此需要围绕上述问题开展相关的研究工作。目前,还没有能够直接对实际工况下的定子橡胶的变形和受力状态进行测试的有效手段,因此对螺杆泵定子进行有限元分析自然是有益的尝试。利用有限元分析软件ABAQUS,对螺杆泵定子进行研究,得出了螺杆泵定子在不同工况下的受力状态和变形规律。针对常规螺杆泵受均匀和非均匀内压情况,对空间模型与平面应变模型所求出的定子的应力、应变和内轮廓节点位移进行了比较。通过对比分析论证了三维模型和平面应变模型所求出的定子橡胶衬垫在内压作用下其内轮廓线位移是一致的。因此,在这种情况下可以用平面模型来代替三维模型,从而大幅度提高了求解效率。     

三头单螺杆泵参数化实体建模与接触分析

定子作为螺杆泵的主要部件,其受力以及变形情况严重影响着螺杆泵的工作性能和寿命。因此,对接触状态下三头单螺杆泵易损件—定子的受力及变形规律进行研究分析至关重要。通过坐标变换方法推导出三头单螺杆泵定子端面线型方程,运用Top-down设计思想并结合PTC Creo3.0、Mathcad软件对三头单螺杆泵进行参数化实体建模,利用有限元分析软件Workbench分析了接触状态下泊松比、均匀内腔压力对三头单螺杆泵定子橡胶变形规律的影响。研究结果表明:定子橡胶轮廓变形位移与泊松比成反比,与定子内腔均匀压力成正比。上述建模和分析方法,不仅提高了多头单螺杆泵的设计效率,且误差较小,为进行多头单螺杆泵深入研究提供了参考。     

单螺杆泵定子橡胶的接触磨损分析

采用有限元法对常规单螺杆泵和等壁厚定子单螺杆泵的定子橡胶和螺杆进行接触非线性计算,得到了螺杆与定子在不同位置接触时变形及剪应变云图;分析了定子接触磨损的特点及规律,并进行了比较。结果表明：常规单螺杆泵定子与螺杆在圆弧顶接触时,剪应变和变形最大,定子两圆弧对角磨损最严重,同时定子的磨损随过盈量增大而明显增大;而等壁厚螺杆泵则在中间位置接触时,剪应变和变形最大,且最大剪应变位于定子的外表面。由于目前还没有能够直接对实际工况下的定子橡胶的变形和接触状态进行测试的有效手段,本文为定子的优化设计提供了理论基础和有效的数值模拟方法。     

螺杆泵定子温胀溶胀耦合变形及密封特性

采油螺杆泵工作时,定子在高温介质作用下发生温胀和溶胀,使定子脆化、膨胀等,降低螺杆泵密封性能。通过试验测得橡胶材料体积热膨胀系数及水浸和油浸时的溶胀参数,推导橡胶定子自由膨胀变形量表达式;对定子温胀变形进行有限元计算,使用温度当量法分析定子溶胀特性,耦合温胀与溶胀载荷进行有限元计算,得到型线的温胀与溶胀耦合作用变形规律。结果表明：定子发生温胀与溶胀变形时,定子型腔内表面变形量与壁厚成比例,最大变形出现在定转子接触位置;溶胀产生的变形量远高于温胀变形量。对螺杆泵密封特性进行有限元分析,得到定转子间密封带接触应力随温度与过盈量变化规律。结果表明：接触应力随温度和过盈量的增大而增大,油浸时最大接触应力高于水浸。     

两种采油螺杆泵定子摩擦特性对比分析

在采油过程中,螺杆泵定子容易因为磨损而导致失效,针对这一问题,对螺杆泵常规定子与等壁厚定子的摩擦特性进行了研究。首先,利用有限元分析软件对两种定子进行了热力耦合仿真;然后,分析了两种定子在工作过程中的摩擦应力状态,以及过盈量和温度对其摩擦性能的影响;最后,对两种定子的摩擦特性进行了综合对比,分析了两种定子分别在过盈量和温度范围内的适宜工作区间。研究结果表明：与常规定子相比,等壁厚定子的摩擦应力分布更为均匀;随着过盈量和温度的升高,两种定子的摩擦应力均呈逐渐增大的趋势;当过盈量低于0.3 mm,温度高于40℃时,等壁厚定子的摩擦性能优于常规定子;两种定子摩擦特性的对比研究结果对于定子结构设计优化及不同工况下定子样式选取具有一定的参考价值。     

高温含砂原油中等壁厚螺杆泵定子衬套磨损分析

为研究高温采油工况下螺杆泵定子衬套的磨损情况,将定子橡胶在高温含砂原油中进行摩擦学试验,测出橡胶的摩擦因数。运用有限元分析方法,对螺杆泵等壁厚定子橡胶衬套进行接触非线性计算,研究工作压差、过盈量以及摩擦因数等多因素对定子衬套磨损的影响。分析结果表明：在工作温度60℃、压差0.5MPa的工况下,橡胶衬套最大等效应力和等效应变出现在定子衬套外侧,最大等效应力和等效应变随着过盈量和摩擦因数的增大而增大,摩擦因数对定子橡胶衬套的磨损影响相对较小,选择合适的过盈量有助于减小磨损,提高效率。     

多头等壁厚橡胶螺杆钻具定子有限元分析

利用三维设计软件,建立了常规螺杆钻具定子和等壁厚橡胶螺杆钻具定子的二维平面模型,在有限元分析软件环境下,进一步建立定子的有限元分析模型,并分析了定子橡胶衬套内表面在均匀压力作用下的应力、应变和位移的分布规律。结果表明,在相同压力下,等壁厚衬套比常规衬套有更好的抗形变能力;在相同的过盈量下,等壁厚衬套有更好的密封能力;在同等扭矩下,等壁厚定子的长度可以缩短,等壁厚橡胶衬套内表面相对位移变化小,使转子与定子间产生均匀的过盈,从而提高了螺杆钻具的工作性能。     

等壁厚螺杆泵密封性能有限元分析

利用有限元分析软件建立等壁厚螺杆泵的二维模型,分析计算等壁厚螺杆泵在承受不同内压力和压差作用下的接触压力,得出等壁厚螺杆泵的临界接触压力曲线,并与普通螺杆泵进行对比.结果表明:随着内压力的增加接触压力相应减小,等壁厚螺杆泵比普通螺杆泵接触压力大,减小速度慢;随着压差的增加接触压力相应增加,等壁厚螺杆泵比普通螺杆泵接触压力大;临界接触压力随着密封腔内压力的增加而减小,等壁厚螺杆泵比普通螺杆泵的临界接触压力大,减小速度慢.     

单螺杆泵定子橡胶温度场分析

应用传热学原理,采用有限元方法建立了常规单螺杆泵和等壁厚定子单螺杆泵定子橡胶温度场的计算模型,分析了定子温度分布特点;比较了2种泵定子温升对橡胶工作性能的影响;研究了不同工作压差和转速条件下,定子温升的规律,并给出了相应的表达式.结果表明:常规泵定子温度场呈对称椭圆形分布,温度梯度大,最高温度位于橡胶厚度最厚的中心部位;等壁厚泵定子温度分布较均匀,温升很小.相同工况下,常规泵定子橡胶温升为等壁厚泵的7倍,橡胶容易损坏.对于相同的橡胶材料,定子温升随工作压差的增加而非线性增加,随转子转速的增加而线性增加;常规泵定子温升受二者变化的影响远大于等壁厚定子泵.     

双头单螺杆泵定子衬套力学行为分析

为研究双头单螺杆泵定子衬套的受力状态及内轮廓线的变形规律,分析了内压、压差、材料非线性、橡胶泊松比等多种因素对定子衬套应力、应变及内轮廓线变形规律的影响,并拟合出双头单螺杆泵定子衬套在均匀内压作用下内轮廓线位移的方程式及非均匀内压下内轮廓线最大位移公式。分析结果表明：均匀压力下,衬套应力、应变呈周期性变化,内轮廓线位移呈正弦规律变化,位移与内压成线性关系;压差作用下,衬套应力、应变最大值向压差作用处转移,内轮廓线变形规律发生改变,位移及其变形幅度均增大;衬套橡胶泊松比微小的变化即会对衬套变形产生非常大的影响。因此,实际生产中应注意注胶工艺及泊松比的变化。研究结果为定子、转子过盈量的选取及线型的优化设计提供了理论基础,对提高双头单螺杆泵工作效率和使用寿命具有重要工程实际意义。     

爆炸容器法兰变形试验研究与数值模拟

通过对爆炸容器法兰在准静态压力作用下的应力分布和变形情况的试验研究和数值模拟,得出如下结论：螺栓载荷和容器内压联合作用下的法兰产生偏转和翘曲变形,使得法兰结构应力和变形分布不均;改变法兰关键尺寸,如法兰环厚度、法兰外径、毂的长度等参数,对法兰变形的影响程度不同,其中改变法兰环厚度对法兰变形的影响更为显著。     

水液压泵柱塞套变形特性的流固耦合研究

为实现水液压泵柱塞副的高效密封并自动补偿其磨损间隙，提出了一种柱塞副密封间隙自动补偿结构。通过流固耦合仿真技术研究了不同柱塞套厚度和环形槽宽度下柱塞套在内侧环形流体和外侧环形缝隙流体耦合作用下的变形特性。仿真结果表明，在相同的工作压力、流体域边界条件下，当环形槽宽不变时，随着工程塑料聚醚醚酮(PEEK)材质的柱塞套厚度的增大，柱塞套变形量逐渐减小；当柱塞套厚度不变时，柱塞套变形量随着环形槽宽的增大而增大。建立了柱塞副间隙自动补偿试验系统并进行了初步试验，试验结果和仿真结果基本一致。     

基于实际间隙的全回转推进器桨毂动密封性能研究

全回转推进器桨毂动密封采用O形密封,其实际间隙的改变直接导致压缩率变化,从而对密封性能产生影响。从设计角度和工作角度对桨毂密封端面的实际间隙进行分析,研究服役过程中的装配误差、实际工况和摩擦磨损导致的间隙变化规律以及相互耦合。基于该实际间隙,在ABAQUS软件中建立桨毂动密封有限元模型,分析不同压缩率和介质压力下动密封的密封性能,如Mises应力、润滑脂油膜厚度和压力等,揭示了不同间隙下桨毂动密封性能的变化规律。结果表明:随着压缩率增大,最大Von-Mises应力和最大油膜压力增加,最小油膜厚度略微减小,最大Von-Mises应力由O形密封圈与桨叶法兰主接触区和桨毂体侧壁渐渐向主接触区过渡;随着介质压力增大,最大Von-Mises应力和最大油膜压力增加,最小油膜厚度略微减小,最大Von-Mises应力由O形密封圈与桨叶法兰主接触区和桨毂体底部逐渐向法兰低压接触区过渡;最大油膜压力始终大于油压值,动密封不会发生失效;通过适当增加装配间隙和介质压力有利于密封圈在自密封作用下获得更好的密封性能。     

屏蔽套形变对环形间隙轴向流阻的影响研究

针对核主泵屏蔽电机中内冷回路上下支路流量分配的预测问题,研究了屏蔽电机定子屏蔽套变形规律及其对间隙环流轴向流阻的影响规律。采用有限元方法计算了内冷介质高压作用下定子屏蔽套轮廓的圆角沟槽状变形特征,并进行了实验验证。采用计算流体动力学方法研究了界面非圆轮廓形变对间隙流场的影响,通过变参数分析与数学拟合,建立了核主泵屏蔽电机定子屏蔽套形变后的间隙环流轴向流动阻力系数修正模型。该模型的计算结果表明,在屏蔽式核主泵的额定工作状态,驱动电机定子界面轮廓相较于理想状态存在11%的变形,这种变形会导致电机定转子间隙流动轴向沿程压降值下降到无形变间隙的83%左右。